(57)【要約】【課題】  加熱処理の際に内部に含まれる水分や空気の放出によってシート表面に膨れが生じることを簡単な方法で効果的に防ぐことができ、電子部品等において発生する熱を放熱するための放熱シートとして好適に利用することができる膨張黒鉛製の放熱シートを提供すること。【解決手段】  膨張黒鉛からなる放熱シートであって、膨張黒鉛内に含まれる水分が加熱により気化した際に、該気化ガスをシート外部へと放出するための通路となる貫通孔又は凹部を有していることを特徴とする放熱シートとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張黒鉛からなる放熱シートであって、膨張黒鉛内に含まれる水分が加熱により気化した際に、該気化ガスをシート外部へと放出するための通路となる貫通孔又は凹部を有していることを特徴とする放熱シート。
【請求項２】
前記貫通孔又は凹部の直径が、０．００１〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
【請求項３】
前記貫通孔又は凹部の密度が、１０〜１０００個／ｃｍ２であることを特徴とする請求項２記載の放熱シート。
【請求項４】
シート表面に、多数の金属粉末が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の放熱シート。
【請求項５】
前記粉末の大きさが、０．０１〜１０μｍであることを特徴とする請求項４記載の放熱シート。
【請求項６】
前記粉末が、圧延によりシート内部に埋設されていることを特徴とする請求項４又は５記載の放熱シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱シートに関し、特に電子部品等において発生する熱を放熱するための放熱シートとして好適に用いられる膨張黒鉛製の放熱シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
黒鉛の結晶は、炭素原子が共有結合で固く結ばれた六角網平面層が形成され、この平面層が積み重なって比較的弱いファン・デル・ワールス力で結合した構造を有している。そしてその構造上、平面層は非常に安定しているが、平面層間は原子や分子、イオン等の侵入を容易に許して層間化合物が形成される。
膨張黒鉛の製造にはこの性質が利用されており、一般的には、黒鉛の層間に硫酸、硝酸等を酸化剤（過酸化水素、過塩素酸等）の存在下或いは電解処理下にて挿入し、形成された層間化合物を９００〜１２００℃程度の高温で急激に加熱することで分解ガス化し、このときのガス圧によって黒鉛の層間を拡げて黒鉛を膨張させる方法により製造されている。
【０００３】
放熱シートは、このようにして得られる膨張黒鉛をローラ等で圧延処理することによって製造されるものであり、近年、その優れた熱伝導率を活かして、パソコン等の電子機器において半導体等の電子部品からの発熱をフィンやヒートシンクへと伝達して外部に放熱するための放熱シートとして利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、膨張黒鉛製シートは、膨張化処理によって黒鉛層間の空隙が拡がっているために、水分を吸収し易いという性質があり、この性質が放熱シートとして利用した際に大きな問題となっていた。
具体的には、水分を吸収した膨張黒鉛製シートからなる放熱シートを、回路基板に装着する等して電子機器等に組み込む製造工程において、加熱炉等による加熱処理が行われた際に、吸収されている水分が水蒸気となって体積膨張し、層間の空隙に存在する空気と共に、シート外部へと放出されるため、シート表面に多くの膨れが生じることとなっていた。
このように生じた膨れは、シート表面に凹凸を形成するため、基板等への密着性を低下させ、放熱効果を大きく低下させる原因となっていた。
【０００５】
このような問題点を解決する方法として、放熱シートを厳密な湿度管理がなされた倉庫等に保管することにより、膨張黒鉛の吸湿を防ぐことも考えられるが、管理のための手間やコストが嵩む上に、保管場所から製造工程への移送の際等にも吸湿が生じることから、充分な効果が期待できなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９１４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、加熱処理の際に内部に含まれる水分の蒸発によってシート表面に膨れが生じることを簡単な方法で効果的に防ぐことができ、電子部品等において発生する熱を放熱するための放熱シートとして好適に利用することができる膨張黒鉛製の放熱シートを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、膨張黒鉛からなる放熱シートであって、膨張黒鉛内に含まれる水分が加熱により気化した際に、該気化ガスをシート外部へと放出するための通路となる貫通孔又は凹部を有していることを特徴とする放熱シートに関する。
請求項２に係る発明は、前記貫通孔又は凹部の直径が、０．００１〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の放熱シートに関する。
請求項３に係る発明は、前記貫通孔又は凹部の密度が、１０〜１０００個／ｃｍ２であることを特徴とする請求項２記載の放熱シートに関する。
【０００９】
請求項４に係る発明は、シート表面に、多数の金属粉末が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の放熱シートに関する。
請求項５に係る発明は、前記粉末の大きさが、０．０１〜１０μｍであることを特徴とする請求項４記載の放熱シートに関する。
請求項６に係る発明は、前記粉末が圧延によりシート内部に埋設されていることを特徴とする請求項４又は５記載の放熱シートに関する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、加熱により発生するシート内部に含まれる水分の蒸気及び層間の空隙に存在する空気が、貫通孔又は凹部を通ってシート外部へと容易に排出されるので、シート表面に膨れが生じることを防ぐことができる。従って、電子部品等において発生する熱を放熱するための放熱シートとして利用した場合に、加熱炉等を利用した加熱処理によって放熱シート表面に膨れが生じて基板等への密着性が低下することがなく、高い放熱効果を維持することができる。しかも、簡単に且つ低コストで製造することができる上に、吸湿防止のための厳重な湿度管理を必要としない。
請求項２及び３に係る発明によれば、充分なシート強度を維持しながら、シート表面の膨れ発生を防止することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明によれば、シート表面に埋設された粉末により、放熱シートのグラファイト層が破られて、層間の空隙が連通状態となって外部へと通じるようになるため、加熱により発生するシート内部に含まれる水分の蒸気及び層間の空隙に存在する空気が、シート外部へと更に容易に排出されるようになり、シート表面に膨れが生じることをより確実に防ぐことができる。
請求項５に係る発明によれば、充分なシート強度を維持しながら、シート表面の膨れ発生を防止することができる。
請求項６に係る発明によれば、多数の粉末が表面に埋設されたシートを簡単に製造することができるとともに、粉末によってシート表面の平滑性が損なわれることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る放熱シートの好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る放熱シートの第一実施形態を示す斜視図であり、図２はその概略拡大断面図である。
本発明に係る放熱シート（１）は、多数の貫通孔（２）又は凹部（３）を有する膨張黒鉛製シートからなるものであって、図２（ａ）は貫通孔（２）を有する場合、図２（ｂ）は凹部（３）を有する場合を夫々示している。
【００１３】
これら多数の貫通孔（２）又は凹部（３）は、膨張黒鉛内に含まれる水分が加熱により気化した際に、該気化ガス（水蒸気）を層間の空隙に存在する空気と共にシート外部へと放出するための通路となるものである。
貫通孔（２）又は凹部（３）の配置形態は、格子状や千鳥状等の規則的な配置としてもよいし、不規則な配置としてもよいが、シート面の一部に偏らないように全体に亘って略均一に配置することが好ましい。
【００１４】
貫通孔（２）又は凹部（３）の大きさは特に限定されないが、大きすぎるとシート強度や熱伝達性能が低下し、小さすぎると蒸気及び空気を放出するための通路としての機能を充分に果たせなくなるため、適当な範囲に設定することが好ましい。
適当な範囲としては、例えば直径０．００１〜０．１ｍｍ、好ましくは０．００３〜０．０８ｍｍの範囲を例示することができる。
【００１５】
貫通孔（２）又は凹部（３）の数（密度）についても特に限定されないが、数が多すぎるとシート強度や熱伝達性能が低下し、少なすぎると蒸気及び空気を放出するための通路としての機能を充分に果たせなくなるため、適当な範囲に設定することが好ましい。
適当な範囲としては、例えば上記した直径０．００３〜０．０８ｍｍのものを設ける場合には１０〜１０００個／ｃｍ２、より好ましくは５０〜３００個／ｃｍ２の範囲を例示することができる。
【００１６】
凹部（３）については、その縦断面形状を半円形、三角形、四角形などの任意の形状とすることができる。また、その深さについても任意に設定することができるが、浅すぎると蒸気及び空気を放出するための通路としての機能を充分に果たせなくなるため、シート厚みに対して５０％以上に設定することが好ましい。
【００１７】
上記したような貫通孔（２）又は凹部（３）を有する放熱シート（１）によれば、加熱により発生するシート内部に含まれる水分の蒸気及び層間の空隙に存在する空気が、貫通孔（２）又は凹部（３）を通ってシート外部へと容易に排出されるので、シート表面に膨れが生じることを防ぐことができる。
従って、電子部品等において発生する熱を放熱するための放熱シートとして利用した場合に、加熱炉等を利用した加熱処理によって放熱シート表面に膨れが生じて基板等への密着性が低下することがなく、高い放熱効果を維持することができる。
しかも、通常の方法で製造された放熱シートに貫通孔（２）又は凹部（３）を設ける加工を行うだけでよいので、簡単に且つ低コストで製造することができる。
【００１８】
図３は本発明に係る放熱シートの第二実施形態を示す斜視図であり、図４はその概略拡大断面図である。
この実施形態の放熱シート（１）は、多数の貫通孔（２）又は凹部（３）を有する第一実施形態のシートにおいて、シート（１）の表面に、多数の粉末（４）が埋設されているものであり、図４（ａ）は貫通孔（２）を有する場合、図４（ｂ）は凹部（３）を有する場合を夫々示している。
【００１９】
粉末（４）としては、例えば、金属、セラミックス、粘土、マイカのいずれか１種を単独で、若しくは２種以上を混合して用いることができる。
本発明においては、粉末（４）として、銅、アルミニウム、錫、ニッケル等の金属の粉末を使用することが好ましい。これは、金属粉末を用いた場合には、厚み方向の熱伝導性を高めることができるためである。
【００２０】
シート表面に埋設された粉末（４）は、放熱シートを構成する膨張黒鉛のグラファイト層を破って、層間の空隙を連通状態として外部へと通じさせるので、加熱により発生するシート内部に含まれる水分の蒸気及び層間の空隙に存在する空気が、シート外部へと更に容易に排出されるようになる。従って、シート表面に膨れが生じることをより確実に防ぐことができる。
【００２１】
粉末（４）の大きさ（粒径）は、大きすぎるとシート強度や熱伝達性能が低下し、小さすぎると蒸気を放出するための通路としての機能を充分に果たせなくなるため、適当な範囲に設定することが好ましい。
適当な範囲としては、例えば０．０１〜１０μｍのものを用いることが好ましく、０．１〜５μｍのものを用いることがより好ましい。
【００２２】
図５は第一実施形態の放熱シートの製造方法を示すフローチャートであって、以下このフローチャートに基づいて第一実施形態の放熱シートの製造方法について説明する。
先ず、膨張黒鉛製シートを製造する。
膨張黒鉛製シートの製造は、例えば以下に示す方法により行うことができる。但し、本発明においてはこれと異なる公知の方法を用いて膨張黒鉛製シートを製造することもできる。
【００２３】
膨張黒鉛製シートの製造は、先ず、天然鱗状黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等からなる原料を精錬する。この精錬は、例えば原料黒鉛を粉砕して浮遊選鉱した後、化学精錬によって行われる。
次いで、精錬後の黒鉛を硫酸、硝酸等の強酸に浸漬し、過酸化水素や過塩素酸等の酸化剤を添加するか、もしくは電界酸化処理を行うことにより、硫酸や硝酸の分子を黒鉛層内に侵入させて層間化合物を形成する。
そして、酸処理後の黒鉛を水洗して乾燥させた後、この黒鉛を７００〜１２００℃に急加熱することによって層間化合物を黒鉛の層間で急激にガス化させ、このガス化によって黒鉛を膨張させる。
その後、得られた膨張黒鉛を、ローラ等を用いて圧延してシート状にすることにより、膨張黒鉛製シートを得る。このときに得られる膨張黒鉛シートは、例えば厚み０．０５〜０．２５ｍｍ、密度０．６〜１．５ｇ／ｃｍ３とされる。
【００２４】
次いで、得られた膨張黒鉛製シートに貫通孔又は凹部を設けることにより本発明の第一実施形態の放熱シートが得られる。フローチャートでは貫通孔を設ける場合を示している。
貫通孔は、例えば、多数の針をシートの表面から裏面に向けて貫通するように突き刺す方法（ニードルパンチング法）や針ローラによる方法により形成することができる。
凹部は、針でシート表面を引っ掻いてえぐり取る方法や針ローラによる方法により形成することができる。
【００２５】
図６は第二実施形態の放熱シートの製造方法を示すフローチャートである。
第二実施形態の放熱シートの製造方法は、上記第一実施形態の製造方法により得られたシートに対して、更に加工を加えるものである。
具体的には、上記第一実施形態の製造方法により得られたシートの表面に、金属、セラミックス、マイカ、粘土等の粉末を単独でもしくは混合して散布した後、シートに再び圧延処理を施す。
これによって、図４に示した如く、粉末がシート内部に埋設され、第二実施形態の放熱シートが得られる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明に係る放熱シートの実施例及び比較例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は以下の実施例には何ら限定されない。
【００２７】
１．サンプルの作成
（実施例１）
図５に示す製造工程によって、先ず、縦３５０ｍｍ×横４３０ｍｍ×厚み０．２ｍｍの大きさであって、密度１．２５ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛製シートを製造し、次いでこの膨張黒鉛製シートに貫通孔を設け、これを実施例１の放熱シートとした。
設けられた貫通孔は、直径が０．００３ｍｍ、密度が３００個／ｃｍ２であった。
（実施例２）
実施例１で得られたシートの表面に、１０ｇの銅粉末（粒径０．０００１ｍｍ）を均一に散布し、次いでローラにより圧延処理を施すことにより、粉末をシートの内部に埋設させ、得られたシートを実施例２の放熱シートとした。
【００２８】
（比較例）
実施例１と同じ方法によって、縦３５０ｍｍ×横４３０ｍｍ×厚み０．２ｍｍの大きさであって、密度１．２５ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛製シートを製造し、これに貫通孔を設けなかったものを比較例の放熱シートとした。
【００２９】
２．膨れ発生試験
実施例１，２及び比較例のシートを、温度２５℃、相対湿度４７％の室内に１２０時間放置した後、加熱炉内に供給して１５０℃で１２０時間加熱した後、炉から取り出した。
【００３０】
３．試験結果
炉から取り出された実施例１，２及び比較例のシート表面を肉眼で観察した。
その結果、実施例１，２のシートはいずれもシート表面に膨れ（気泡）は全く確認できなかったが、比較例のシートではシート表面に多数の膨れ（気泡）が確認された。
【００３１】
この結果から、実施例即ち本発明に係る放熱シートでは、比較例即ち従来の放熱シートにおいてシート表面に発生する膨れ（気泡）の発生を確実に防止できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ノートパソコンや携帯電話等の電子機器の半導体部品を搭載した基板に密着させる或いは多層基板の間に介在させることで、基板上の半導体部品に発生した熱をヒートシンク（放熱器）に伝えるための放熱シート、プラズマテレビのプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の背面のガラス板とＰＤＰを支持するシャシーとの間に介在させることによりＰＤＰにおける局部的な温度過熱を防止するための放熱シート、スパッタリングやドライエッチング装置における冷却のための放熱シート等として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る放熱シートの第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】第一実施形態の放熱シートの概略拡大断面図である。
【図３】本発明に係る放熱シートの第二実施形態を示す斜視図である。
【図４】第二実施形態の放熱シートの概略拡大断面図である。
【図５】第一実施形態の放熱シートの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】第二実施形態の放熱シートの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１      放熱シート
２      貫通孔
３      凹部
４      粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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